砒砂岩区小流域土壤有机质的空间分布及其环境影响因素研究

砒砂岩区是黄河中游粗泥沙集中来源区之一。研究砒砂岩区小流域土壤有机质特征及其与环境因子的关系，对于科学指导植被建设，减少入黄泥沙有重要意义。本文以砒砂岩区典型小流域为研究对象，于流域内布设150个样点，按照0~20cm、20~40cm、40~60cm划分土层深度采集土壤样品，运用通径分析和冗余分析方法进行分析，研究结果表明：砒砂岩区小流域不同土地利用方式土壤有机质呈乔木林>灌木林>天然草地>耕地>裸地趋势，不同地形土壤有机质呈沟底>坡面>山脊的规律；冗余分析的结果显示，复合地形指数、土地利用方式、坡位以及土层厚度对砒砂岩区土壤有机质空间变异规律的解释量最大；通径分析的结果显示，环境因子与土壤有机质的关系可以用多元线性方程"Y=1.054+0.099" "X" _"1" "+2.722" "X" _"2" "+0.776" "X" _"3" "-0.001" "X" _"4" 来表示，其中坡位和土地利用方式是影响砒砂岩区小流域土壤有机质空间变异的主导因素，土层厚度与土壤有机质垂向变异的密切相关。     

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7～0.047 6 t·hm²·h/(hm ²·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度;0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3) 3种克里格插值方法结果表明：小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低...     

裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素

[目的] 研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素,为科学指导植被建设,减轻入黄泥沙提供理论指导。[方法] 以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域为研究对象,运用地统计学和灰色关联理论相结合的方法,研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素。[结果] ①研究流域土壤侵蚀模数具有显著的空间自相关性（Z值为136.87）,侵蚀强度高值聚集区主要位于基岩大幅出露的区域,低值聚集区主要分布在坡面。②以鲍家沟小流域为代表的裸露砒砂岩区典型流域,流域内的优势景观为裸露基岩景观,其次为大面积的沙棘林景观。③高值聚集区与斑块面积分形维数的关联系数最高（为0.774）,低值聚集区与坡度关联程度最高。[结论] 地形是导致植被景观破碎化并决定水力侵蚀强度的主要因素,而在地形平缓的地带,植被景观的联通程度则是限制水力侵蚀发生发展的主要因素。     

砒砂岩区典型小流域表土有机质含量空间自相关格局及影响因素

以砒砂岩区鲍家沟小流域为研究对象,运用地统计学和灰色关联度相结合的方法,研究砒砂岩区小流域表土有机质的空间自相关特征及影响因素。结果表明:(1)砒砂岩区小流域表土有机质空间变异的半方差函数拟合模型为指数模型,块金效应值为60.66%,属中等程度的空间相关性,流域表土有机质整体呈沟底坡面山脊的规律。(2)全局空间自相关分析显示,表土有机质具有明显的空间自相关性(Z值为2.80),各向异性的空间自相关性与径流流向关系密切,局部空间自相关特征以高值聚集和低值聚集类型为主,存在少量的高低值聚集异常区。(3)高值聚集现象主要出现在流域中部的沟谷和乔木林地区域。低值聚集区集中分布在流域下部的裸露坡面区,异常区在流域的上部和下部均有分布,集中坡面草地。(4)土壤有机质空间自相关性与环境因子的灰色关联分析的结果显示,高值聚集区地形湿度指数的关联系数最高(0.498),低值聚集区坡位关联程度最高(0.489),高/低值异常区域土地利用方式关联程度最高(0.329)。地形因素是促使砒砂岩区小流域表土有机质高值聚集区形成的主导因素,土地利用能够干扰表土有机质高/低值聚集区的形成。     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

基于地理探测器的江苏省沿江地区土壤侵蚀定量分析

[目的]研究江苏省沿海地区土壤侵蚀空间分布特征,识别主要影响因素并开展驱动力因子定量归因,为该区域水土流失防治与生态环境建设提供科学指导。[方法]以江苏沿江地区为对象,基于高分辨率遥感影像、数字高程模型和长系列降雨等数据,采用中国土壤流失方程、地理探测器等方法,探索土壤侵蚀空间分异性的主导影响因子及其交互作用影响程度,识别土壤侵蚀高风险区域。[结果](1)平原区与山丘区土壤侵蚀均以坡度与土地利用类型为主导因素。茶园的土壤侵蚀以植被覆盖度为主导,其他类型土地的土壤侵蚀均以坡度为主导因子。(2)土壤侵蚀的主导交互作用为坡度叠加土地利用类型。茶园与草地主导交互作用因子为坡度叠加植被覆盖度,其他类型土地的土壤侵蚀主导交互作用因子为坡度叠加降雨量。(3)果园、茶园、林地与生产建设活动扰动地的土壤侵蚀高风险区域位于坡度>20°,降雨量1 300～1 400 mm,植被高覆盖度的丘陵山区。[结论]地理探测器操作简便,结果包括单因子影响、两因子交互作用及风险区域分析。江苏省生产建设活动扰动地、园地的水土流失问题应引起密切关注。     

基于最小数据集的砒砂岩区人工林地土壤质量评价指标体系构建

砒砂岩区是黄土高原区水土流失最为严重的地区之一,提升土壤质量是砒砂岩区生态修复工作的关键内容。研究砒砂岩区人工林地土壤质量指标的筛选及评价体系的构建,对于科学指导植被建设,减轻入黄泥沙有重要意义。本文针对砒砂岩4种典型人工林地土壤,运用敏感性分析、最小数据集法和主成分分析法,对人工林的土壤养分、质地、孔隙、酸碱度4类17项土壤属性指标进行了筛选。结果表明,砒砂岩区人工林土层厚度、速效磷、土壤粉粒、含水率、毛管孔隙度、全磷含量、有机质、碱解氮属中度敏感指标,土壤总孔隙度、全氮、速效钾、电导率、全钾含量属低度敏感指标,土壤砂粒、容重、pH属不敏感指标;砒砂岩区人工林地土壤质量的评价指标为毛管孔隙度、土层厚度、粉粒含量、有机质含量、全氮含量、电导率、含水率和速效磷含量8个指标;砒砂岩区人工林地土壤质量评价结果显示,沙棘林相比其他林地其土壤质量良好,油松林土壤质量最差。     

气候变化和人类活动对黄河流域砒砂岩区植被覆盖的影响

[目的]砒砂岩区是黄河流域土壤侵蚀最为严重的区域,探讨该地区植被覆盖度变化状况及其影响的驱动因素,以期为该区植被恢复及生态重建工作提供科学参考。[方法]基于2000—2022年的MOD13Q1 NDVI数据,运用Sen趋势、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数、残差分析等方法分析砒砂岩区研究期内的植被覆盖度时空变化趋势,并探究植被覆盖度与气候因子及人类活动的响应关系。[结果](1)2000—2022年砒砂岩区植被覆盖度增加,增速为4%/a(p<0.05);空间尺度上,研究区植被覆盖度在3个区有明显的分异效果,整体呈现“南高北低,东高西低”的分布态势;(2)研究期内,砒砂岩区植被覆盖度与降水量呈正相关区域占总面积的66.30%,负相关区域占总面积的33.70%;与气温呈正相关区域占总面积的92.19%,负相关区域占总面积的7.81%;(3)残差分析结果表明,2000—2011年人类活动多以负面影响为主,2012—2022年人类活动多以正向影响为主。[结论]研究期间砒砂岩区植被覆盖度呈显著上升趋势,与年均气温的相关性高于年降雨量,且一系列生态保护工程为改善植被情况做出了...     

红壤丘陵区不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律

植被覆盖度是反映土壤侵蚀状况的关键指标,实施植被恢复是防治小流域土壤侵蚀的重要措施,但小流域植被覆盖度到底恢复到多少才能有效控制土壤侵蚀尚不清楚。基于土壤侵蚀治理的小流域植被覆盖度阈值效应,对红壤丘陵区33 157个小流域2000—2015年植被覆盖度的时空变化进行了分析,评估不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律与格局,以期精准制定小流域土壤侵蚀治理方式与对策。结果表明：(1) 2000—2015年,84%的小流域植被覆盖呈不断增加趋势,植被覆盖下降的小流域占15%,植被覆盖度基本不变的小流域仅有1%;(2)植被覆盖小于40%(低阈值带)的小流域占比小且相对稳定(3%～7%),说明大规模人工治理小流域土壤侵蚀的局面已扭转,但耕地依然是重点关注的对象;(3)植被覆盖位于40%～80%(过渡带)的小流域占比一直最高(超过83%),应采取以“自然恢复为主,人工修复为辅”的治理方式,重点关注土地利用结构和植被结构的优化配置;(4)植被覆盖大于80%(高阈值带)的小流域占比从2010年前的1%～2%上升到2015年的14%,可见具有自我修复植被覆盖条件的小流域显著增加,实施自然恢复(如封禁)是高阈...     

对皇甫川流域土壤侵蚀规律的再认识

皇甫川流域是我国土壤侵蚀最强烈的地区之一,也是国家开展重点治理的地区之一,通过小流域土壤侵蚀估算模型的应用,得出全流域以砒砂岩,黄土、风沙土为主３类小流域土壤侵蚀模数及允许侵蚀量;得出水土保持治理难过验收,正在治理,未治理３类流域的土壤侵蚀现状,指出在现有水保投资水平下控制土壤侵蚀的植被覆盖度临界值为６０％,估算出近１０年来水土保持治理的减沙效益为２０％。     

典型黑土区坡耕地土壤碱性磷酸酶和有机质空间分布研究

以东北黑土侵蚀严重区宾州河流域为研究区,通过采集流域上游、中游和下游6个典型坡面及各坡面不同坡位的土壤样品,分析坡耕地土壤碱性磷酸酶和土壤有机质在流域和坡面尺度的空间分布特征及其与土壤侵蚀的关系。结果表明,在流域尺度上,坡耕地土壤碱性磷酸酶活性和土壤有机质含量均表现为下游 > 中游 > 上游,坡面尺度上总体表现为坡面上部 < 坡面中部 < 坡面下部的趋势,且坡位对土壤有机质分布的影响较其对土壤碱性磷酸酶活性的影响更为明显。土壤碱性磷酸酶活性与土壤有机质间存在极显著的正相关关系。流域土壤碱性磷酸酶活性和有机质空间分布与土壤侵蚀空间分布相对应,反映出土壤侵蚀是影响该区耕层土壤碱性磷酸酶活性和土壤有机质含量的主要因素。     

天然降雨条件下裸露砒砂岩区人工植被的减流减沙效应

裸露砒砂岩区是黄土高原上侵蚀最为剧烈的地区之一,研究裸露砒砂岩区天然降雨下人工植被的减流减沙效应,对于提升砒砂岩区水土流失治理成效与质量有重要意义。以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域的典型人工植被为研究对象,运用系统聚类和线性回归相结合的方法,划分裸露砒砂岩区降雨类型,研究不同降雨类型下坡面产流产沙的特征,分析不同人工植被的减流减沙效应。结果表明:(1)裸露砒砂岩的自然降雨可以分为长历时暴雨、长历时的中到大雨、短历时暴雨以及短历时的小到中雨4种类型。(2)天然降雨的降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和最大10 min雨强(I₁₀)与各植被类型坡面的产流量、产沙量间呈y=ax₁+bx₂+cx₃+d的多元线性关系。(3)各植被类型的减流能力依次为沙棘林>油松林>山杏林>柠条林>草地; 减沙能力依次为沙棘林>山杏林>油松林>柠条林>草地。营造人工植被可以有效防治裸露砒砂岩区坡面的水土流失问题,现有的人工植被类型中以沙棘林的抗蚀能力最强。     

黑土区田块尺度土壤有机质含量遥感反演模型

为了对田块尺度土壤有机质进行空间反演并提高模型精度和稳定性,该文以黑龙江省黑土带41.3 hm~2田块为例,获取2016年5月中下旬两期(受限于拍摄周期和天气原因而选择不同卫星影像,2016年5月17日Landsat 8影像和5月25日Sentinel-2A影像)裸土时期遥感影像和4 m分辨率DEM数据;分析单期影像与土壤有机质(soil organic matter,SOM)的关系,两期影像所包含的土壤含水量变化信息与地形因素对SOM预测模型精度的影响,建立基于BP神经网络的SOM遥感反演模型。结果表明:该田块内SOM含量差异较大;利用单期影像预测SOM时,基于红波段和785~899 nm波段建立的预测模型精度(建模均方根误差RMSE 1.033,检验RMSE 1.079)和稳定性(建模决定系数R2 0.677,检验R20.644)较高;两期影像时,基于红波段和1 570~1 650 nm波段建立的预测模型精度(建模RMSE 0.855,检验RMSE 0.898)和稳定性(建模R2 0.792,检验R2 0.797)显著提高;在两期影像模型基础上,加入地形因子作为输入量,模型精度(建模RMSE 0.492,检验RMSE 0.499)和稳定性(建模R2 0.917,检验R2 0.928)进一步提高。研究成果可为土壤碳库估算和农田精准施肥提供理论与技术支持。     

典型黑土区农业流域土壤侵蚀-沉积对土壤养分和酶活性的影响

研究农业流域土壤侵蚀—沉积对土壤养分和酶活性的影响可为土壤侵蚀退化评价提供重要科学依据。选择典型薄层黑土区的宾州河流域为研究区,在流域上游、中游和下游各选取2个代表性坡面,基于¹³⁷Cs示踪技术估算土壤侵蚀—沉积速率,分析流域和坡面尺度土壤侵蚀—沉积对土壤养分(有机质、全氮和速效磷)和土壤酶活性(转化酶、脲酶和碱性磷酸酶)的影响。结果表明:(1)土壤侵蚀速率在流域上游最大,分别是流域中游和下游的1.9,11.2倍;坡面尺度上土壤侵蚀速率在坡中部最大,分别是坡上部和坡下部的1.3~2.6,2.8~12.2倍。(2)在流域尺度上,土壤有机质空间分布与土壤侵蚀速率空间分布呈相反的变化趋势,土壤全氮和速效磷含量在流域下游皆大于流域中游;坡面尺度上土壤有机质、速效磷含量、转化酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均表现为坡下部>坡中部,说明农地土壤侵蚀降低土壤养分含量和酶活性。(3)流域沉积区土壤沉积速率对土壤有机质、速效磷含量、脲酶和碱性磷酸酶活性有显著影响。(4)土壤有机质和速效磷含量对土壤脲酶和碱性磷酸酶活性有显著影响,表明土壤侵蚀—沉积引起的土壤养分再分布是造成土壤酶活性空间分异的重要原因。     

日本北海道地区森林、牧场、草原和玉米田温室气体排放及模型研究

Information on the most influential factors determining gas flux from soils is needed in predictive models for greenhouse gases emissions.We conducted an intensive soil and air sampling along a 2 000 m transect extending from a forest,pasture,grassland and corn field in Shizunai,Hokkaido (Japan),measured CO 2 ,CH 4 ,N 2 O and NO fluxes and calculated soil bulk density (ρ b ),air-filled porosity (f a ) and total porosity (Φ).Using diffusivity models based on either f a alone or on a combination of f a and Φ,we predicted two pore space indices: the relative gas diffusion coefficient (D s /D o ) and the pore tortuosity factor (τ).The relationships between pore space indices (D s /D o and τ) and CO 2 ,CH 4 ,N 2 O and NO fluxes were also studied.Results showed that the grassland had the highest ρ b while f a and Φ were the highest in the forest.CO 2 ,CH 4 ,N 2 O and NO fluxes were the highest in the grassland while N 2 O dominated in the corn field.Few correlations existed between f a ,Φ,ρ b and gases fluxes while all models predicted that D s /D o and τ significantly correlated with CO 2 and CH 4 with correlation coefficient (r) ranging from 0.20 to 0.80.Overall,diffusivity models based on f a alone gave higher D s /D o ,lower τ,and higher R 2 and better explained the relationship between pore space indices (D s /D o and τ) and gases fluxes.Inclusion of D s /D o and τ in predictive models will improve our understanding of the dynamics of greenhouse gas fluxes from soils.D s /D o and τ can be easily obtained by measurements of soil air and water and existing diffusivity models.     

Spatial distribution of soil organic matter in a coal mining subsidence area

ABSTRACT

Underground mining has caused drastic disturbances to regional ecosystems and soil nutrients. Understanding the three-dimensional (3D) spatial distribution of soil nutrients in mining area farmland is crucial for agricultural production and environmental management. However, few studies have reported the 3D spatial distribution of soil organic matter (SOM) in coal mining subsidence area. In our study, a sequential Gaussian simulation (SGS) algorithm was used to analyse the spatial distribution of SOM based on observations of 180 soil samples in the Zhaogu mine in China. The results showed that the SOM content had considerable variation in spatial distribution at different soil depths (0–20, 20–40, 40–60?cm) and decreased with the increase in soil depth. The spatial variability of surface organic matter was the largest, and the coefficient of variation was 29.38%, which was moderately mutated. The spatial distribution of SOM also varied among slope locations. The SOM content was higher upslope and downslope than on the middle slope. In addition, given a threshold, SGS can be used to calculate the probability that the organic matter content at any position is lower or higher than the given value. The research results provide a reference for land reclamation and precision agriculture.     

雅安紫色土小流域土壤有机碳及碳组分分布特征

以四川省雅安市和平小流域紫色土为研究对象,研究不同侵蚀强度紫色土小流域土壤有机碳分布特征。结果表明:自小流域上部向下部土壤侵蚀强度逐渐降低,土壤有机碳含量逐渐升高,且下部与上部和中部相比差异性极显著（P<0.05）;小流域内同一坡面不同坡位土壤总有机碳及碳组分含量均呈现坡脚>坡顶>坡中这一分布特征。小流域内阴坡和阳坡在土壤总有机碳及碳组分含量上有显著差异,具体表现为阳坡<阴坡。小流域内不同土层深度土壤总有机碳及碳组分含量均随土层的加深而降低。研究土壤碳的空间分布规律对该区退耕还林还草工程具有重要的指导意义。     

南方红壤侵蚀区芒萁生长特征及其对环境因子的响应

采用样方法,调查了福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松林下芒萁的生物量、覆盖度和高度生长特征,并与地形、土壤养分和土壤侵蚀强度等环境因子进行相关性分析.结果表明,不同坡向上的芒萁生物量差异较为明显,其中位于东坡的样地生物量最大(1 967.65 g/m2),位于南坡的生物量最小(1 230.28 g/m2).各样地的芒萁覆盖度和高度随着坡位的升高而逐渐降低.芒萁总生物量、覆盖度和高度与有机质和全氮呈显著的正相关性.土壤侵蚀程度与芒萁的生物量、覆盖度和高度都达到极显著的负相关性.该地区芒萁的生长主要受侵蚀程度、土壤有机质和全氮等因素的影响.芒萁对控制水土保持有着重要的作用,因而可作为南方红壤侵蚀区水土保持与生态修复的先锋植被.